Le télescope spatial James Webb a repéré six mondes potentiellement voyous – des objets ayant une masse semblable à celle d’une planète mais non liés à la gravité d’une étoile – y compris le plus léger jamais identifié, entouré d’un disque poussiéreux.
Ces objets insaisissables offrent de nouvelles preuves que les mêmes processus cosmiques qui donnent naissance aux étoiles peuvent également jouer un rôle commun dans la création d’objets à peine plus grands que Jupiter.
« Nous sondons les limites mêmes du processus de formation des étoiles », a déclaré Adam Langeveld, astrophysicien à l’université Johns Hopkins, principal auteur de l’étude. « Si vous avez un objet qui ressemble à un jeune Jupiter, est-il possible qu’il soit devenu une étoile dans les bonnes conditions ? C’est un contexte important pour comprendre à la fois la formation des étoiles et des planètes. »
Les résultats proviennent de l’étude la plus approfondie de Webb sur la jeune nébuleuse NGC1333, un amas de formation d’étoiles situé à environ mille années-lumière de la Terre dans la constellation de Persée. Une nouvelle image de l’étude publié aujourd’hui par l’Agence spatiale européenne montre NGC1333 brillant avec des affichages spectaculaires de poussière interstellaire et de nuages. Un article détaillant les résultats de l’enquête a été accepté pour publication dans Le Journal Astronomique.
Les données de Webb suggèrent que les mondes découverts sont des géantes gazeuses 5 à 10 fois plus massives que Jupiter. Cela signifie qu’ils font partie des objets de plus faible masse jamais découverts, issus d’un processus qui produirait généralement des étoiles et des naines brunes, des objets à cheval entre les étoiles et les planètes qui ne déclenchent jamais de fusion d’hydrogène et qui s’estompent avec le temps.
« Nous avons utilisé la sensibilité sans précédent de Webb aux longueurs d’onde infrarouges pour rechercher les membres les plus faibles d’un jeune amas d’étoiles, cherchant à répondre à une question fondamentale en astronomie : à quel point un objet léger peut-il se former comme une étoile ? », a déclaré Ray Jayawardhana, doyen de Johns Hopkins, astrophysicien et auteur principal de l’étude. « Il s’avère que les plus petits objets flottants qui se forment comme des étoiles se chevauchent en masse avec des exoplanètes géantes qui gravitent autour d’étoiles proches. »
Les observations du télescope n’ont révélé aucun objet d’une masse inférieure à cinq fois celle de Jupiter, bien que sa sensibilité soit suffisante pour détecter de tels corps. Cela indique clairement que tout objet stellaire plus léger que ce seuil est plus susceptible de se former de la même manière que les planètes, concluent les auteurs.
« Nos observations confirment que la nature produit des objets de masse planétaire d’au moins deux manières différentes : à partir de la contraction d’un nuage de gaz et de poussière, comme les étoiles se forment, et dans des disques de gaz et de poussière autour des jeunes étoiles, comme l’a fait Jupiter dans notre propre système solaire », a déclaré Jayawardhana.
L’objet sans étoile le plus intriguant est aussi le plus léger, avec une masse estimée à cinq Jupiters (environ 1 600 Terres). La présence d’un disque poussiéreux signifie presque certainement que l’objet s’est formé comme une étoile, car la poussière spatiale tourne généralement autour d’un objet central dans les premières étapes de la formation d’une étoile, a déclaré Langeveld, chercheur postdoctoral dans le groupe de Jayawardhana.
Les disques sont également une condition préalable à la formation de planètes, ce qui suggère que les observations peuvent également avoir des implications importantes pour les « mini » planètes potentielles.
« Ces minuscules objets, dont la masse est comparable à celle d’une planète géante, pourraient eux-mêmes former leurs propres planètes », a déclaré Aleks Scholz, co-auteur de l’étude et astrophysicien à l’université de St Andrews. « Il pourrait s’agir de la pépinière d’un système planétaire miniature, à une échelle bien plus petite que notre système solaire. »
À l’aide de l’instrument NIRISS de Webb, les astronomes ont mesuré le profil (ou spectre) de la lumière infrarouge de chaque objet dans la partie observée de l’amas d’étoiles et ont réanalysé 19 naines brunes connues. Ils ont également découvert une nouvelle naine brune avec un compagnon de masse planétaire, une découverte rare qui remet en cause les théories sur la formation des systèmes binaires.
« Il est probable qu’une telle paire se soit formée à la manière des systèmes d’étoiles binaires, à partir d’un nuage qui s’est fragmenté en se contractant », a déclaré Jayawardhana. « La diversité des systèmes que la nature a produits est remarquable et nous pousse à affiner nos modèles de formation des étoiles et des planètes. »
Les planètes errantes peuvent provenir de l’effondrement de nuages moléculaires qui n’ont pas la masse nécessaire à la fusion nucléaire qui alimente les étoiles. Elles peuvent également se former lorsque le gaz et la poussière des disques autour des étoiles fusionnent pour former des orbes planétaires qui finissent par être éjectés de leur système stellaire, probablement en raison d’interactions gravitationnelles avec d’autres corps.
Ces objets flottants brouillent la classification des corps célestes car leurs masses se superposent à celles des géantes gazeuses et des naines brunes. Même si ces objets sont considérés comme rares dans la Voie lactée, les nouvelles données de Webb montrent qu’ils représentent environ 10 % des corps célestes de l’amas d’étoiles ciblé.
Dans les mois à venir, l’équipe étudiera davantage l’atmosphère de ces objets peu lumineux et les comparera à celle de naines brunes et de planètes géantes gazeuses plus lourdes. Elle disposera également de temps pour étudier des objets similaires dotés de disques poussiéreux sur le télescope Webb afin d’explorer la possibilité de formation de mini-systèmes planétaires ressemblant aux nombreuses lunes de Jupiter et de Saturne.
Les autres auteurs sont Koraljka Mužić et Daniel Capela de l’Universidade de Lisboa; Loïc Albert, René Doyon et David Lafrèniere de l’Université de Montréal; Laura Flagg de Johns Hopkins; Matthew de Furio de l’Université du Texas à Austin; Doug Johnstone du Centre de recherche en astronomie et astrophysique Herzberg; et Michael Meyer de l’Université du Michigan à Ann Arbor.
Plus d’informations :
L’étude spectroscopique profonde JWST/NIRISS pour les jeunes naines brunes et les planètes flottantes, Le Journal Astronomique (2024). DOI: 10.3847/1538-3881/ad6f0c